選擇性催化還原催化劑注入系統的製作方法

2023-05-11 23:37:56 3

專利名稱：選擇性催化還原催化劑注入系統的製作方法
技術領域：
本實用新型主要涉及選擇性催化還原(SCR)注入系統，更具體地涉及用於在該系 統中混合還原劑與廢氣的系統。
背景技術：
如現有技術中所知，為了將發動機工作中產生的一氧化碳(CO)、碳氫化合物(HC) 和氧化氮(NOx)轉化成無害的廢氣，當前的排放控制法規使得在機動車輛的排氣系統中使 用催化劑成為必需。裝配有柴油機或貧汽油發動機的車輛提供了增加的燃料經濟性的優 點。這類車輛必須在尿基選擇性催化還原(SCR)催化劑中裝配貧廢氣再處理裝置，例如諸 如尿素的還原劑，即使是在氧氣充足的環境中，該還原劑也可以持續地減少氧化氮的排放。 尿基選擇性催化還原(SCR)催化劑使用氣態氨作為活性氧化氮還原劑。典型地，在車輛上 裝載尿素的水溶液，並使用注入系統將其供給至廢氣流。廢氣的熱量使尿素的水溶液分解 成氨和氫氰酸(HNC0)。這些分解產物進入選擇催化還原(SCR)系統，在該系統中氣態氨被 吸收，並且氰酸在選擇催化還原(SCR)系統中進一步分解為氣態氨。於是所吸收的氨參加 氣態氧化氮的還原。選擇催化還原(SCR)系統已經被證明是用於還原氧化氮的可靠裝置； 然而，該系統的缺點是整體性能取決於尿素注入系統。如圖1所示，尿素水溶液被注入到廢 氣流中，並且當該尿素水溶液被廢氣加熱時分解為氨氣和二氧化碳。為了實現氨氣的理想 混合，在酶作用物前面需要有一定長度的管子；但是在有嚴格包裝限制時通常不適合這種 情況。通常，氣流混合器或噴霧器正好在尿素注入器後發揮作用。用實驗的方法評測那些 氣流混合裝置的性能是非常困難的。通過使用尿素溶液而進行的氧化氮還原過程內部的基本化學反應是公知的。如以 下反應式所表示的，當與一定溫度的廢氣混合時，尿素溶液將霧化並分解為氨氣和二氧化 碳(NH2) 2C0 — HNCO+NH3NHC0+H20 — NH3+C02然後氣態氨與氧化氮反應生成氮氣和水，如以下反應式所表示的。4NH3+4N0+02 — 4N2+6H208NH3+6N02 — 7N2+12H204NH3+2N02+02 — 3N2+6H20過去，為實現以上目的研製了許多氣流混合器。所有設計的注意力幾乎都集中在 通過在液體噴霧的下遊產生湍流和渦流來改變氣流模式。本發明人已經認識到為了實現氣流混合性能的重大改進，除了兩個固有的氣流機 理(渦流旋轉和整體旋轉)外，可以極大地改進流體霧化、蒸發和氣流混合的另一個重要氣 流機理是直流衝擊。
實用新型內容根據本實用新型，提供了一種用於混合還原劑與廢氣的選擇性催化還原(SCR)注 入系統。該系統包括布置在排氣管的入口部分的管壁之間的隔板，該隔板將排氣管的入口 部分與排氣管的出口部分隔開；以及還原引導管。排氣管入口部分中的廢氣穿過還原劑引 導管管壁中的孔。該還原劑引導管具有布置在排氣管出口部分中的出口。在一個實施例中，提供了用於混合還原劑與廢氣的選擇性催化還原(SCR)注入系 統。該系統包括布置在排氣管管壁之間的隔板，該隔板將排氣管的入口部分與排氣管的出 口部分隔開。該隔板攔截進入排氣管的入口部分的廢氣，並引導該廢氣穿過還原劑引導管 管壁中的孔。該引導管具有布置在排氣管出口部分中的出口。通過這樣的布置，該系統提高了氣流衝擊；有助於液滴霧化和蒸發；提高了湍流 強度；有助於蒸發和氣流混合；以及提高了幫助氣流混合的整體轉動。在一個實施例中，引導管管壁中的孔的尺寸和出口中的尺寸被選擇為使得離開引 導管的出口進入排氣管出口部分的廢氣的速度相對於排氣管的入口部分中的廢氣的速度提尚。在一個實施例中，引導管是穿孔的導管，並且隔板是「Z」形隔板，該隔板中具有用 於接收導管出口的口。在一個實施例中，引導管的出口位於其下部處，並且其上部適合於接收還原劑。在一個實施例中，隔板具有穿孔，排氣管入口部分中的部分廢氣穿過所述穿孔進 入排氣管的出口部分，以減小排氣管入口部分中的壓力。在一個實施例中，隔板具有穿孔，排氣管入口部分中的部分廢氣穿過所述穿孔進 入排氣管的出口部分，以幫助在廢氣與從注入引導管出口流出的氣流之間產生第二次衝 擊，其中，第一次衝擊發生在通過孔進入到引導管的廢氣與引導管中的還原劑之間。在一個實施例中，隔板在位於引導管與排氣管上管壁部分之間的隔板上部中具有 穿孔，以幫助在廢氣與從注入引導管出口流出的氣流之間產生第二次衝擊，以減小排氣管 入口部分中的壓力。在一個實施例中，隔板在位於引導管與排氣管下管壁部分之間的隔板下部中具有 穿孔，以幫助在廢氣與從注入引導管出口流出的氣流之間產生第二次衝擊，並減小排氣管 入口部分中的壓力。在一個實施例中，隔板在位於引導管與排氣管下管壁部分之間的隔板下部中具有 穿孔，以幫助在廢氣與從注入引導管出口流出的氣流之間產生第二次衝擊，並且隔板也在 位於引導管與排氣管上管壁部分之間的隔板上部中具有穿孔，以幫助在廢氣與從注入引導 管出口流出的氣流之間產生第二次衝擊，並減小排氣管入口部分中的壓力。本實用新型的一個或更多實施例的細節將在以下的附圖和描述中闡述。從描述和 附圖以及從權利要求中，本實用新型的其它特徵、目的和優點會很明顯。

圖1是根據本實用新型的選擇性催化還原(SCR)注入系統的局部橫截面視圖；圖2是圖1的選擇性催化還原(SCR)注入系統的局部透視圖；圖3是根據本實用新型另一個實施例的選擇性催化還原(SCR)注入系統的局部橫
4截面視圖；圖4是根據本實用新型又一個實施例的選擇性催化還原(SCR)注入系統的局部橫 截面視圖；圖5是根據本實用新型另一實施例的選擇性催化還原(SCR)注入系統的局部橫截 面視圖；圖6是圖5的選擇性催化還原(SCR)注入系統的局部透視圖；圖7是圖5根據本實用新型另一實施例的選擇性催化還原(SCR)注入系統的局部 透視圖；以及圖8是圖5的選擇性催化還原(SCR)注入系統的局部透視圖，示出了氣體流過該 系統。不同圖中的相同參考符號代表相同的部件。
具體實施方式
現在參見圖1和2，示出了用於混合還原劑與廢氣的選擇性催化還原(SCR)注入系 統10。所述系統10包括布置在排氣管18的入口部分16的管壁14之間的隔板12，此隔 板12將排氣管18的入口部分16與排氣管18的出口部分20隔開；以及還原劑引導管22。 按照箭頭21的指示，隔板12攔截排氣管18的入口部分16中的廢氣並引導該廢氣穿過還 原劑引導管22管壁中的孔24。該引導管22具有布置在隔板12的口 28中的出口 26，以使 得引導管22中的氣流流入到排氣管18的出口部分20中。引導管22相對於排氣管的入口 部分中的廢氣流的方向布置為銳角a。引導管22的出口 26位於導管下部30處，並且導管 上部32適合於接收還原劑，諸如由例如箭頭34所表示的尿素。然後，如箭頭36所表示的， 混合氣流從出口 26流出並流入排氣管18的出口部分20。引導管22的管壁中的孔24的尺寸和的出口 26中的尺寸被選擇為使得離開引導 管出口 26進入排氣管的出口部分20的廢氣38的速度相對於入口部分中的廢氣21的速度 提高。此外，孔24以不對稱的形式設置在一平面的相對側上，所述平面由沿排氣管18的縱 向軸線的第一線與沿引導管22的縱向軸線布置的第二線限定。孔24的這種不對稱的排列 在引導管22中產生漩渦。這種漩渦流產生大量湍流，該湍流顯著地提高了噴霧霧化和液滴 蒸發。可以用計算流體動力學分析或者氣流試驗分析來分析所述漩渦效果。因此，引導管22是穿孔的導管，並且隔板12是「Z」形隔板，該隔板12具有用於接 收引導管出口 26的口 28。現在參見圖3，示出了另一個實施例。此處，圖1的隔板12具有穿孔40，入口部分 16中的廢氣21的部分21a穿過該穿孔40進入排氣管18的出口部分20以減小排氣管18 的入口部分16中的壓力。此處，在這個實施例中，隔板12'在位於引導管22與排氣管18 的上管壁部分14U之間的隔板12'的上部12' a中具有穿孔，以幫助在廢氣部分21a與從 注入引導管出口 26流出的氣流36之間產生第二次衝擊。現在參見圖4，圖4示出了又一個實施例。此處，在該實施例中，系統的隔板12〃 在位於引導管22與排氣管18的下管壁部分14L之間的隔板12"的下部中具有穿孔，以幫 助在廢氣部分21b與從注入引導管出口 26中流出的氣流36之間產生第二次衝擊。現在參見圖5和6，隔板12"既在引導管22與排氣管的下管壁部14L之間的隔板下部中具有穿孔40，以幫助在廢氣與從注入引導管出口 26中流出的氣流之間產生第二次 衝擊，也在引導管22與排氣管的上管壁部14U之間的隔板上部中具有穿孔40，以幫助在廢 氣與從注入引導管出口中流出的氣流之間產生第三次衝擊，以減小排氣管入口部分中的壓 力。參見圖7，示出了圖5的根據本實用新型另一實施例的選擇性催化還原(SCR)注入 系統的局部透視圖。此處，引導管22中的孔24的位置已與圖6中所示的孔的位置有所變 化。圖8是圖5的選擇性催化還原(SCR)注入系統的局部透視圖，示出了氣流流過所述系統。已經描述了本實用新型的多個實施例。然而，可以理解的是，在不偏離本實用新型 的精神和範圍的情況下，可以做出多種修改。因此，其它實施例也包含在所附權利要求的範 圍內。
權利要求一種選擇性催化還原催化劑注入系統，其用於混合還原劑與廢氣，包括隔板，所述隔板布置在排氣管的入口部分的管壁之間，所述隔板將所述排氣管的入口部分與所述排氣管的出口部分隔開；還原劑引導管；並且其特徵在於所述隔板攔截所述排氣管的入口部分中的廢氣，並引導所述廢氣穿過還原劑引導管的管壁中的孔；且所述引導管具有布置在所述排氣管的出口部分中的出口。
2.根據權利要求1所述的選擇性催化還原催化劑注入系統，其特徵在於，所述引導管 的管壁中的孔的尺寸和出口中的尺寸被選擇為使離開所述引導管的出口進入所述排氣管 的出口部分的廢氣的速度相對於所述入口部分中的廢氣的速度提高。
3.根據權利要求1所述的選擇性催化還原催化劑注入系統，其特徵在於，所述引導管 是穿孔的導管，並且所述隔板是「Z」形隔板，所述隔板具有用於接收引導管出口的口。
4.根據權利要求1所述的選擇性催化還原催化劑注入系統，其特徵在於，所述穿孔的 導管的上部適合於接收還原劑。
5.根據權利要求1所述的選擇性催化還原催化劑注入系統，其特徵在於，所述隔板具 有穿孔，所述排氣管的入口部分中的部分廢氣穿過所述穿孔進入所述排氣管的出口部分， 以減小所述排氣管的入口部分中的壓力。
6.根據權利要求1所述的選擇性催化還原催化劑注入系統，其特徵在於，所述隔板在 位於所述引導管與所述排氣管的上管壁部之間的所述隔板的上部中具有穿孔，以幫助在所 述廢氣與從注入引導管出口流出的氣流之間產生第二次衝擊，並且減小所述排氣管的入口 部分中的壓力。
7.根據權利要求1所述的選擇性催化還原催化劑注入系統，其特徵在於，所述隔板在 位於所述引導管與所述排氣管的下管壁部之間的所述隔板的下部中具有穿孔，以幫助在所 述廢氣與從注入引導管出口流出的氣流之間產生第二次衝擊，並且減小所述排氣管的入口 部分中的壓力。
8.根據權利要求1所述的選擇性催化還原催化劑注入系統，其特徵在於，所述隔板在 位於所述引導管與所述排氣管的下管壁部之間的所述隔板的下部中具有穿孔，以幫助在所 述廢氣與從注入引導管出口流出的氣流之間產生第二次衝擊，並且所述隔板還在位於所述 引導管與所述排氣管的上管壁部之間的所述隔板的上部中具有穿孔，以幫助在所述廢氣與 從注入引導管出口流出的氣流之間產生三次衝擊，並減小所述排氣管的入口部分中的壓 力。
9.根據權利要求1所述的選擇性催化還原催化劑注入系統，其特徵在於，所述引導管 相對於所述排氣管的入口部分中的廢氣流的方向布置為銳角。
10.根據權利要求4所述的選擇性催化還原催化劑注入系統，其特徵在於，所述隔板具 有穿孔，所述排氣管的入口部分中的部分廢氣穿過所述穿孔流入所述排氣管的出口部分， 以減小所述排氣管入口部分中的壓力。
專利摘要本實用新型涉及一種用於混合還原劑與廢氣的選擇性催化還原(SCR)注入系統。該系統包括布置在排氣管入口部分的管壁之間的隔板與出口部分。該隔板攔截廢氣進入排氣管的入口部分，並引導該廢氣穿過還原劑引導管管壁中的孔。該引導管具有布置在排氣管的出口部分中的出口。其中，該引導管的管壁中的孔的尺寸和出口中的尺寸被選擇為使得離開引導管的出口進入排氣管的出口部分中的廢氣速度相對於入口部分中的廢氣速度提高。
文檔編號B01D53/94GK201551965SQ200920161829
公開日2010年8月18日 申請日期2009年6月30日 優先權日2008年7月9日
發明者張小鋼 申請人:福特全球技術公司